第一次全国水利普查侵蚀模数的批量计算方法--基于CSLE和GIS的土壤水蚀模数计算器设计与应用

为快速有效地完成第一次全国水利普查水土保持情况普查中30 000多个野外调查单元的土壤侵蚀模数计算,采用.NET平台并结合ArcEngine二次开发包,开发了基于中国土壤流失方程(CSLE)的土壤水蚀模数计算器软件。以陕西省安塞县野外调查单元数据为例,应用该软件进行计算并得到了野外调查单元的水蚀模数,将计算结果与手工操作ArcMap计算得到的侵蚀模数进行了比较。结果表明,利用水蚀模数计算器软件计算得到的结果准确可靠,并可极大地提高计算效率。该软件可用于区域水土流失调查水蚀模数的计算。     

水蚀区生产建设项目土壤侵蚀模数动态计算——以北海原油商业储备基地项目为例

水蚀区生产建设项目开发活动加速了水力侵蚀进程。在“水利工程补短板、水利行业强监管”背景下,应以季度为单位进行土壤侵蚀模数动态计算,以直观反映项目实施过程中人为活动影响下的土壤侵蚀强度动态变化情况。以水蚀区生产建设项目为例,基于监测数据,引入季度侵蚀时长参数,以季度为侵蚀时长单位对土壤侵蚀模数进行动态计算,结果表明:水蚀区生产建设项目土壤侵蚀强度受人为扰动剧烈程度和扰动形式影响显著;工程施工期,人为活动剧烈时,项目建设区平均土壤侵蚀模数显著增大,施工期末及自然恢复期人为活动大幅减少或消失后,土壤侵蚀模数迅速回落,实施水土保持措施后,工程水土流失得到有效治理,土壤侵蚀模数降低至微度侵蚀区间;不同地表扰动形式下的土壤侵蚀模数值及其变幅差异明显,研究项目施工过程中各“人工下垫面”土壤侵蚀模数及其变幅按大小排序为松散坡地>松散平地>压实平地>绿化平地。引入季度侵蚀时长后,可实现以季度为单位进行生产建设项目土壤侵蚀模数动态计算,计算结果可用于评价生产建设项目实施过程中人为活动影响下的土壤侵蚀强度动态变化情况。     

我国人工降雨侵蚀相关试验的研究进展回顾

人工降雨试验是土壤侵蚀过程机理研究的重要手段,自20世纪60年代开始,在世界各国得到普遍应用。笔者运用文献法,从时间历程、空间分布、研究主题、试验平台、降雨机类型、试验方法、研究机构及其地区分布等方面,对我国运用人工降雨试验进行侵蚀相关研究的文献资料进行统计分析。结果表明:1)在我国,人工降雨应用于侵蚀相关研究的发展过程可分为3个阶段:20世纪60—70年代的起步阶段、80—90年代的缓慢发展阶段和进入21世纪以后的快速发展阶段。2)我国人工降雨侵蚀相关试验研究集中在黄土高原,主要受试土壤为黄土、红壤、紫色土、黑土和石灰土,热点研究主题是细沟与细沟间侵蚀,主要试验平台是直型坡,主要降雨机类型是静止喷嘴式中的侧喷式和下喷式。3)相关研究机构和文献发表分别集中于北京和陕西;以中科院水保所为首的研究院所和以西北农林科技大学为首的高校是我国人工降雨侵蚀相关试验研究的主导力量,相关试验站和行政管理单位也参与进来。最后分别从降雨装置和模拟方法方面提出人工降雨试验方法存在的问题和今后的前进方向。本研究可为准确把握我国土壤侵蚀模拟试验研究方法提供基础数据,对进一步认识我国的水土保持研究和工作具有重要意义。     

黄土高原人为加速侵蚀下水土与养分流失耦合研究

利用野外模拟人工降雨试验,对人为加速侵蚀下耕地、草地和林地的水土与养分流失进行耦合研究.结果表明:人为加速侵蚀后养分随径流和泥沙的迁移,导致土壤肥力下降,其中泥沙结合态是养分流失的主要途径.耕地翻耕后加速土壤侵蚀,除产流量减少22.4%外,侵蚀速率和产沙量分别增加了27.1%和27.3%;总有机碳、总氮和总磷流失量分别...     

人工降雨模拟试验的相似性和应用性探究

为了探究人工降雨模拟试验结果的相似性,通过文献数据和观测数据,分析了人工降雨模拟试验与天然降雨小区观测在径流、泥沙方面的差异及其原因,从数值和规律2方面深入讨论了室内模拟降雨试验结果的相似性问题。结果表明:(1)模拟降雨试验弱化了降雨因子对坡面径流和泥沙的影响,且雨强/雨量或降雨侵蚀力越小,模拟试验的相似性越差。(2)模拟降雨试验中产流和产沙随坡度的变化规律明显不同于天然降雨观测情况。(3)在坡面条件和降雨作用相同的情况下,在黄绵土坡面上利用静止喷嘴式降雨机进行人工降雨试验观测得到的土壤侵蚀量不到天然降雨小区的50%。因此,模拟降雨试验结果在数量和规律上与天然降雨观测结果存在一定差异性,二者的相似性问题需要进一步研究。     

片沙覆盖的黄土丘陵区土壤水蚀过程研究

在片沙覆盖的黄土丘陵区,由于恶劣的自然环境及松散的表组成特质,土壤的水蚀过程显地不同于典型的黄土丘陵区,通过在神木县六道沟实验基地典型坡段的人工降雨模拟试验,揭示出一些土壤水蚀过程的特殊机理,（1）有片沙覆盖的斜坡小区,径流量少,但径流含沙率大,坡沟的形成过程是,垂直渗流一坡地潜流－崩塌,（2)估沙黄土斜坡小区,每年春末夏初降雨的强度及降雨量是决定坡面产沙量的关键因素,（3）该区坡沟系统的形成发育是风沙沉积,风蚀与水蚀交替作用的结果。     

坡耕地土壤水分入渗测试方法对比研究

用注水(双环)法和人工降雨法对陕西省淳化县泥河沟流域和安塞县纸坊沟流域坡耕地土壤水分入渗性能进行了研究。结果表明,用注水法试验所得土壤稳渗速率大于人工降雨法所得土壤稳渗速率,注水法仅能反映土壤本身的入渗特性,人工降雨法可以较好的模拟天然降雨入渗特性,2种方法所测定的土壤稳渗速率之间呈线性函数关系。     

21世纪首都水资源可持续利用山西项目区水土流失调查

21世纪首都水资源可持续利用山西项目区水土流失面积13 233.4 km2,属水蚀风蚀交错区,水蚀年均侵蚀模数为4 200 t/km2,风蚀年均侵蚀模数为2 600~14 500 t/km2。项目区共有大中型开发建设项目11个,开发建设中扰动地表、破坏水土保持设施、排放废弃物,都一定程度地造成了水土流失,加重了土壤、植被、水资源的破坏。经过多年的综合治理,强烈的风蚀和水蚀得到了一定程度的缓解,生态环境恶化的局面得到了遏制。指出了开发建设项目水土流失防治存在的问题,提出了今后搞好防治工作的建议。     

复合侵蚀作用下砒砂岩坡面产流产沙过程试验

通过模拟室内风力、水力、冻融条件,进行单一水蚀、冻融+水蚀、冻融+风蚀+水蚀3种营力组合试验,揭示了复合侵蚀条件下的砒砂岩产流产沙变化规律。结果表明:(1)相同降雨条件下,冻融+水蚀、冻融+风蚀+水蚀试验的径流量均为水蚀试验的1.2倍,产沙量分别为水蚀试验的2.4,2.8倍。冻融能够增大砒砂岩产流产沙量,风蚀对增加侵蚀产沙量的作用较小。(2)砒砂岩产流产沙过程的峰值及变幅随营力种类的增多而增大,单一水蚀的产流产沙过程相较于复合营力作用下的水沙过程具有显著的坦化特征。(3)复合侵蚀作用使初始入渗率增加,随着降雨的进行对入渗的影响逐渐减小。营力作用的增加使初始含水率更大,后期更小。(4)砒砂岩的累计产流量与累计产沙量呈幂函数关系。冻融作用对水沙关系的影响较大,风力作用的影响较小。此试验表明,复合侵蚀营力作用的增多会加剧砒砂岩坡面的侵蚀过程,从而使侵蚀产沙量增大。     

基于侵蚀力学机制的流域土壤侵蚀模型研究—以长江三峡库区王家桥流域为例

根据王家桥流域观测资料及人工降雨实验成果,从侵蚀力学机制出发,严格区分了坡面侵蚀与流域侵蚀两个不同的概念,建立了坡面侵蚀模数和流域侵蚀模数。计算结果表明,流域内坡面侵蚀只占流域侵蚀模数的7.1%～11.7%,流域侵蚀物质主要来源于沟蚀、部分重力侵蚀。因此在王家桥流域如何开展水保工作是一个值得深思的问题。     

农业耕作措施蓄水保土机理分析

在黄土高原沟壑区的淳化县泥河沟流域 ,以常规耕作的直线坡为对照 ,对等高耕作、人工掏挖、人工锄耕的蓄水保土情况进行了人工降雨试验 ,结果表明 ,各种耕作措施均可提高土壤稳定入渗率、延长产流时间、降低坡面径流流速及减少坡面产流量、降低侵蚀模数等 ,其中等高耕作的作用最为显著     

应用农业区划成果估算通用土壤流失方程各因子值的初探

本文在水蚀地区结合农业区划成果,估算了通用土壤流失方程的各因子值,确定了不同土地利用的土壤侵蚀模数,其误差小、精度高,为用经验配置法、系统工程方法制订水土保持规划提供了依据,具有推广价值.     

砒砂岩区小流域泥沙来源研究

砒砂岩区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一。据在小纳林沟试验观测 ,该区农耕地、荒坡地、林草地的年土壤侵蚀模数分别为 64 2 4、5 95 6、12 10t/km2 ,汛期 6～ 9月份侵蚀厚度占全年侵蚀厚度的 68 3 5 % ,流域年土壤侵蚀模数为18670t/km2 ,其中沟谷地年侵蚀产沙量占流域年侵蚀产沙量的 84 89% ,沟间地年侵蚀产沙量占 15 11%。水蚀、重力侵蚀是该区主要的侵蚀方式。     

坡地雨水资源潜力分析及径流侵蚀的动态变化

通过人工模拟降雨,对宁南山区坡地改造后不同坡度的自然坡面进行试验研究。结果表明:相同降雨量下,降雨强度与土壤贮水量补充呈反比,入渗深度随坡度增大减小。比较人工降雨和双环法对稳渗速率的影响,人工降雨测定的土壤稳渗速率小于双环法测定的稳渗速率,双环法所测定的土壤稳渗速率与人工降雨法测定的土壤稳渗速率之间呈线性函数关系。对水平沟水分补充随坡度和雨强增大而增大,大雨对水平沟水分补充有重要意义。产沙动态分析,雨强较大时,随时间推移,单位体积泥沙含量递减,在较小雨强下,随时间推移,单位体积泥沙含量呈递增趋势。雨强和土壤侵蚀模数的关系符合幂函数方程:Q=0.017I2.5442     

豫东北黄泛区2019年土壤侵蚀特征——以河南省兰考县为例

[目的] 探索豫东北黄泛区2019年土壤侵蚀时空特征,为区域水土流失防治、生态环境建设和经济社会发展提供数据参考。[方法] 选取兰考县为研究对象,以多源遥感影像为基础数据,通过风蚀模型、CSLE模型计算土壤风蚀和水蚀模数,以半月为时间单元,研究土壤侵蚀及其影响因子2019年内变化规律,综合分析2019年土壤侵蚀特征。[结果] ①风力因子变化呈“M”型,第3—9,21—22个半月值较高;表土湿度因子半月变化呈“波浪型”,第13—18个半月值较高;降雨侵蚀力因子、林园草植被覆盖与生物措施因子B均值的变化为“先升高再降低”,前者第9—16个半月值较高,后者第12—18个半月值较高。②风蚀模数变化呈“M型”,第4—9,21—22个半月风蚀较强;全年累计风蚀模数在0～5 186.31 t/（km²·a）范围内,均值为153.26 t/（km²·a）;仪封乡、张君墓镇风蚀模数较高,多分布在水浇地、采矿用地上。③水蚀模数变化呈“先升高再降低”趋势,第12—18个半月水蚀相对较强;全年累计水蚀模数在0～8 028.86 t/（km²·a）范围内,均值为9.54 t/（km²·a）;东坝头乡、城关镇存在水蚀较强区域,主要在采矿用地上。④2019年兰考县共17个半月出现水土流失,占全年的70.83%;第4—9个半月水土流失面积最多;均为风蚀。全年水土流失面积为271.66 km²,占全县面积的24.34%;主要为轻度风蚀,占水土流失面积的96.83%。风蚀主要在仪封乡、张君墓镇、谷营镇和东坝头乡,水蚀主要在仪封乡。[结论] 兰考县2019年土壤侵蚀主要发生在第4—9,21—22个半月,以轻度风蚀为主,主要分布在仪封乡、张君墓镇、谷营镇和东坝头乡。水土流失监测与防治应重点关注此时间内水浇地、采矿用地上的侵蚀。     

降雨条件下晋西黄绵土坡面室内外径流侵蚀试验差异分析

目前多利用室内模型试验所得土壤侵蚀模数乘以面积预测野外实地水土流失,为了探讨晋西黄绵土坡面室内外径流侵蚀差异,该研究采用室内模型模拟与野外原位模拟试验方法,分析了不同降雨与坡面面积条件下,室内与野外坡面径流模数、侵蚀模数、单宽输沙率及细沟发育差异性,结果显示:室内模型试验结果均大于野外原位模拟试验,当野外坡面面积为室内...     

彭阳县水蚀荒漠化现状及防治对策

彭阳县属黄土丘陵沟壑区第二副区,全县水蚀荒漠化面积2 334 km2,占土地总面积2 528.4 km2的92%,年均土壤侵蚀模数6 000 t/km2。水蚀荒漠化导致林木死亡或生长不良、生态环境严重恶化,流失的泥沙淤积水库、破坏交通,使经济发展受到了制约。在分析水蚀荒漠化成因的基础上,提出了加大宣传力度、合理安排农林牧业用地、大搞基本农田建设、积极退耕还林还草、实行封山禁牧、发展舍饲养殖、以小流域综合治理带动面上水土保持工作全面开展的具体对策。     

东北不同黑土厚度区多营力作用的坡面土壤侵蚀试验研究

量化东北黑土区多种外营力作用的坡面复合土壤侵蚀过程,将为坡面水保措施的精确布置提供重要科学依据。基于野外模拟试验,分析了东北典型薄层黑土区(宾县)、中层黑土区(海伦市)和厚层黑土区(克山县)多营力叠加作用的坡面水蚀特征。野外模拟降雨的试验处理包括仅水蚀的试验处理(I)、冻融+水力叠加作用的试验处理(Ⅱ)和冻融+风力+水力叠加作用的试验处理(Ⅲ)。结果表明:与仅有水蚀作用的试验处理相比,冻融作用使典型薄层、中层和厚层黑土厚度区的坡面径流深度分别减小29.4%,39.3%,32.1%;而其使坡面水蚀量分别增加16.3%,36.0%,26.3%;冻融和风力叠加作用使3个黑土厚度区的坡面径流深度分别减少3.6%,4.1%,10.8%,而其坡面水蚀量分别增加38.5%,102.1%,64.1%。试验条件下,从厚层黑土区到中层黑土区再到薄层黑土区,坡面径流深度和坡面侵蚀量均呈增加趋势。冻融作用和冻融+风力叠加作用对3个黑土厚度区坡面水蚀的影响程度从大到小依次皆为海伦黑土>克山黑土>宾县黑土。冻融作用使土壤硬度和土壤抗剪强度分别减小24.4%~36.7%和21.3%~23.9%,从而使土壤可蚀性增加,导致坡面水蚀量增加。地表在风力作用下形成了不同深度和不同大小的风蚀凹痕微形态,导致坡面径流集中和流速增加12.4%~19.1%,坡面径流侵蚀能力和搬运能力增加,从而使坡面水蚀量增加。     

微地形空间离散化水文响应单元确定方法

空间离散化是分布式水文模型构建的充要条件。在90 mm/h雨强人工降雨试验、三维激光扫描构建微地形数字高程模型(M-DEM)的基础上,基于元胞自动机(CA)模型研究了人工掏挖微地形在5种不同坡度条件下侵蚀发育过程中不同大小格网/元胞的水沙汇集和传递关系,进而提出空间离散化水文响应单元(HRU)的确定方法。结果表明:基于CA模型所确定的5°,10°,15°,20°和25°坡在溅蚀阶段的最佳HRU大小为6 mm,5 mm,6 mm,5 mm,8 mm; 片蚀阶段的最佳HRU大小为6 mm,4 mm,6 mm,5 mm,5 mm,细沟侵蚀阶段的最佳HRU大小为4 mm,7 mm,5 mm,6 mm,6 mm,纳什效率系数均接近于1; 综合以上,90 mm/h雨强下人工掏挖微地形水蚀模拟最佳HRU应为6 mm。研究提出了一种微地形空间离散化的方法,为微地形尺度水蚀定量化研究提供了一定的技术支撑。     

种子流失与迁移的人工降雨模拟试验方法研究

通过室内多组人工降雨模拟试验,探讨了适合于研究坡面种子流失与迁移的种子布设试验方法.结果表明,在常规人工降雨模拟试验方法的基础上,主要需加强以下方面:(1)供试种子要能代表研究区的主要物种及不同的形态特征;(2)鉴于种子的流失主要发生在土壤表层,种子适宜布设在土壤表面;(3)染色种子以区分土壤本身携带的种子;(4)每个物种的种子定点且物种间错位布设,以准确测定种子在坡面上的迁移距离;(5)种子的布设数量不宜过多,以免影响坡面糙度;(6)将大种子布设在种子布设区域的最下端以避免大种子对径流的影响.